Sistem Tanımlama Teknikleri İle Zeminin Dinamik Özelliklerinin Tahmini

Abstract

Bu çalışmada, California’daki LA Cienega ve Eureka kuyu içi ivmeölçer istasyonlarında kayıt edilen deprem kayıtları kullanılarak bu bölgelere özgü dinamik zemin özelliklerinin sistem tanımlama teknikleri ile tahmin edilmesi amaçlanmıştır. Temel olarak iki farklı yaklaşım uygulanmıştır, bunlardan birincisi sinyal işleme yöntemleri ile zeminin dinamik özelliklerin tahmin edilmesidir, ikincisi ise bir fiziksel model ile zeminin dinamik özelliklerinin tahmin edilmesidir. İlk yaklaşımda çapraz-korelasyon analizi uygulanarak zeminin kayma modülü ve küçük genlikteki birim deformasyonlar için kayma hızı değerleri her iki istasyon için hesaplanmış; ikinci olarak LA Cienega istasyonunda, zeminin doğal frekansı ve sönüm oranı değerleri istatiksel bir yöntem olan ARMA (Oto-regresif hareketli ortalamalar) modeli ile bulunmuştur. İkinci yaklaşımda ise, doğrusal ve doğrusal olmayan modeller kullanılarak istasyon bölgelerindeki zeminlerin dinamik zemin özellikleri tahmin edilmeye çalışılmıştır. Öncelikle, Eureka istasyonunda doğrusal model ile ivmeölçerler arasındaki tabakalar için ortalama kayma modülü ve viskoz sönüm değerleri hesaplanmıştır. Daha sonra ise ivmeölçerler arası Eureka istasyonundaki gibi kısa mesafe olan ve LA Cienega istasyonu gibi uzun mesafeler olan kuyu içi ivmeölçer istasyonları için iki farklı metodoloji oluşturulmuştur. İki metodolojide de doğrusal olmayan Hardin ve Drnevich (1972) modeliyle birlikte Ishihara (1996) histeriktik sönüm bağlantıları kullanılarak referans birim şekil değiştirmesinin iterasyonu ile sahaya özgü kayma modülü ve sönüm oranı eğrileri geliştirilmiştir. Eureka istasyonunda her tabakaya ait ortalama birim kayma deformasyonu kayıtlarından MATLAB de yazılan bir kod aracılığıyla kayma modülü ve sönüm oranı eğrileri elde edilmiştir. İvmeölçerler arası uzun mesafelerin olduğu istasyonlar için geliştirilen ikinci metodolojide ise her tabaka için ivme ve birim kayma deformasyon kayıtları zemin davranış analizi yazılımı içerisine entegre edilerek elde edilmiştir.

In this study, system identification techniques were evaluated for estimation of site-specific dynamic soil properties in LA Cienega and Eureka Array sites. Two different approaches were implemented to system identification techniques. In the first approach, dynamic soil properties were identified using signal processing techniques. Initially, the cross-correlation analysis was applied to obtain the maximum shear wave velocity and in turn, the maximum shear modulus of each soil layer. Also, a linear autoregressive-moving average (ARMA) parametric model was developed in MATLAB (Mathworks) for LA Cienega Array Site. The natural frequency and damping ratios of the soil layers were predicted using ARMA models and the results were in good agreement with the results obtained from transfer functions evaluated by dividing the top sensor response by the bottom sensor response in frequency domain. In the second approach, dynamic soil properties were identified using linear and nonlinear constitutive models. The average shear modulus and damping ratio were predicted for Eureka Array site with a linear constitutive model. Finally, system identification using nonlinear constitutive model was performed to predict site-specific shear modulus and damping curves. Two different methodologies were recommended: The first methodology was developed for arrays with closely spaced sensors, where a MATLAB code was developed to predict site-specific shear modulus and damping curves by iterating reference strain in the nonlinear model. The second methodology was developed for arrays with widely spaced sensors, where a ground response analysis program was used to calculate shear strains and acceleration responses for each instrumented soil layer.